Исследователи из Университета RMIT разработали экспериментальную технологию, которая превращает загрязняющие вещества в сточных водах в преимущество для производства зеленого водорода. Это может сократить зависимость от пресной воды — дефицитного ресурса во многих регионах мира. Более 80% мировых сточных вод сбрасываются в окружающую среду без очистки, и эта технология позволяет превратить экологическую проблему в возможность для повышения продуктивности.

Команда ученых использовала некоторые загрязняющие вещества в сточных водах, чтобы ускорить производство водорода и преодолеть высокую загрязненность, которая обычно делает сточные воды непригодными для использования. В работе участвовали Университет Мельбурна, Австралийский синхротрон и Университет Нового Южного Уалса. Это исследование продолжает предыдущие достижения, включая технологию быстрого удаления микропластика из воды с помощью магнитов и метод повышения производства водорода из морской воды.

Подробности опубликованы в издании ACS Electrochemistry.

Ведущий исследователь, доцент Насир Махмуд из Школы наук RMIT, объяснил, что команда нашла способ захватывать платину, хром, никель и другие металлы в воде и использовать эти элементы для улучшения производства зеленого водорода.

Преимущество нашей инновации в том, что она использует исходные материалы сточных вод, а не требует очищенной воды или дополнительных шагов, — сказал Махмуд.

Их экспериментальное изобретение представляет собой электроды, которые являются ключевыми компонентами для разделения воды на водород и кислород. Электрод сделан из поглощающей углеродной поверхности, которая притягивает металлы из сточных вод, формируя катализаторы. Эти катализаторы стабильны и эффективно проводят электричество, ускоряя процесс разделения воды. Материалы для создания специальной углеродной поверхности производятся из сельскохозяйственных отходов, что делает инновацию экономически выгодной и способствует развитию циркулярной экономики.

Катализатор ускоряет химическую реакцию, не расходуясь в процессе, — пояснил Махмуд. — Металлы взаимодействуют с другими элементами в сточных водах, усиливая электрохимические реакции, необходимые для разделения воды на кислород и водород.

В ходе экспериментов команда использовала образцы сточных вод в контейнере с двумя электродами — анодом (положительным) и катодом (отрицательным). Процесс разделения воды питался возобновляемой энергией. Когда электричество проходит через воду, происходит химическая реакция. На катоде молекулы воды получают электроны и образуют газообразный водород. На аноде молекулы воды теряют электроны и образуют кислород. В результате вода разделяется на основные компоненты — водород и кислород, которые можно собирать и использовать.

Полученный кислород можно реинтегрировать обратно в очистные сооружения для повышения их эффективности за счет снижения органического содержания, — добавил Махмуд.

Устройство обеспечивало непрерывное разделение воды в течение 18 дней в лабораторных условиях с минимальным снижением производительности. В экспериментах использовались сточные воды, прошедшие предварительную обработку, включая удаление твердых отходов, органических веществ и питательных веществ.

RMIT разрабатывает платформу каталитических систем, способных использовать ранее трудные водные ресурсы, такие как сточные воды и морская вода. Эта последняя proof-of-concept инновация является еще одним примером разрабатываемых систем.

Со-руководитель исследования профессор Никки Эштиаги отметила, что инновация RMIT может потенциально снизить высокую стоимость очистки сточных вод, превращая их в ценный ресурс — источник зеленого водорода.

Наша инновация решает одновременно проблемы снижения загрязнения и нехватки воды, принося пользу энергетическому и водному секторам, — сказала Эштиаги из Школы инженерии RMIT. — Используя сточные воды, процесс помогает снизить загрязнение и использует материалы, считающиеся отходами. Мы заинтересованы в сотрудничестве с компаниями по всему миру, которые решают проблемы энергии и отходов как проблемы стоимости и устойчивости, а также с водохозяйственными организациями. Коллаборации могут быть сфокусированы на разработке коммерческих систем для масштабирования этой технологии.

Со-исследователь доктор Мухаммад Харис добавил, что необходимо дальнейшее исследование для усовершенствования процесса катализа, чтобы сделать его еще более эффективным и подходящим для коммерческого использования.

Метод нужно протестировать на разных типах сточных вод, чтобы убедиться, что он работает универсально, — сказал Харис из Школы инженерии.

Как эксперт в области устойчивых технологий, я вижу несколько ключевых преимуществ этого исследования:

• Решение проблемы нехватки воды: Использование сточных вод для производства зеленого водорода снижает зависимость от пресной воды, что критически важно для засушливых регионов.
• Экономия ресурсов: Технология превращает загрязнители в катализаторы, что уменьшает необходимость в дорогостоящих материалах и дополнительной обработке воды.
• Циркулярная экономика: Использование сельскохозяйственных отходов для создания электродов и реинтеграции кислорода обратно в очистные сооружения демонстрирует холистический подход к управлению отходами.
• Снижение затрат: Потенциальное сокращение стоимости очистки сточных вод и производства водорода может сделать зеленый водород более конкурентоспособным по сравнению с ископаемым топливом.
• Масштабируемость: Если технология будет адаптирована для различных типов сточных вод, она может быть внедрена глобально, особенно в развивающихся странах с ограниченными ресурсами.

Несмотря на инновационность, исследование имеет несколько ограничений:

• Универсальность: Эксперименты проводились на частично очищенных сточных водах, и неясно, насколько эффективно технология будет работать с загрязненными или промышленными стоками без предварительной обработки.
• Долговечность катализаторов: Хотя система работала 18 дней с минимальным снижением производительности, долгосрочная стабильность катализаторов в реальных условиях (например, при переменных нагрузках и составе сточных вод) требует дальнейшего изучения.
• Энергоэффективность: В исследовании не приводятся подробные данные о количестве возобновляемой энергии, необходимой для процесса, что может повлиять на общую экономическую и экологическую целесообразность.
• Коммерциализация: Как отмечают авторы, необходимо тестирование на различных типах сточных вод и масштабирование, что может занять годы и потребовать значительных инвестиций.

Ранее мы опубликовали 10 инноваций в сфере очистки сточных вод.